基于流固耦合的大型潜水轴流泵结构动力特性研究的任务书.docx

基于流固耦合的大型潜水轴流泵结构动力特性研究的任务书
任务书
项目名称：基于流固耦合的大型潜水轴流泵结构动力特性研究
一、任务背景
潜水轴流泵是一种广泛应用于水利工程、农业灌溉等领域的关键设备，具有大流量、高扬程等优点。然而，在实际应用过程中，轴流泵常受到流体动压力和机械负载作用的影响，容易发生疲劳损伤和振动失稳等失效问题，严重影响了轴流泵的安全运行和寿命。
为了解决以上问题，我们计划对大型潜水轴流泵的结构动力特性进行研究，建立基于流固耦合的数值模型，探究轴流泵在不同流量、扬程工况下的振动特性及其对泵机系统的影响，提高轴流泵的运行效率和稳定性。
二、研究内容和技术路线
1.研究内容
（1）潜水轴流泵的结构特性分析：通过3D建模和有限元分析，分析轴流泵的叶轮、叶片、轴承、轴套等关键部件的结构特性，确定诸如自然频率、振型等动力参数，为后续的开发建立基础。
（2）潜水轴流泵流场特性模拟：通过CFD计算，建立轴流泵在不同水流条件下的数值模型，模拟轴流泵的流场分布、管道阻力等特性。
（3）流固耦合的数值模拟：采用ANSYSMechanicalAPDL进行流固耦合分析，建立轴流泵的流体和结构体系的计算模型，研究轴流泵在不同流量、扬程工况下的振动特性和叶轮应力分布，分析轴流泵的运行状态和失效机理。
（4）实验验证：通过潜水试验平台对轴流泵的结构和流体特性进行实测，获取与仿真模拟结果比较的数据，验证数值模型的可靠性和真实性。
2.技术路线
（1）数据收集：收集轴流泵结构和流场等相关数据。
（2）系统建模：将采集到的数据进行整合和分类，建立流体和结构体系的计算模型。
（3）数值计算：采用ANSYSMechanicalAPDL软件进行流固耦合分析，模拟轴流泵在不同流量、扬程工况下的叶轮应力和振动特性。
（4）实验验证：将实测数据与数值模拟结果进行比较，验证数值模型的准确性和可行性。
（5）分析评价：基于数值仿真和实测数据，分析轴流泵在不同工况下的应力分布、变形量、振动特性、流量与扬程等运行参数，并评价其安全稳定性和寿命。
三、研究目标和阶段性成果
1.研究目标
基于流固耦合分析，探究大型潜水轴流泵在不同流量、扬程工况下的振动特性和叶轮应力分布，揭示轴流泵叶片损伤和振动失稳的机理。
2.阶段性成果
（1）轴流泵结构信息的采集和处理。
（2）建立基于CFD的轴流泵流场分析模型。
（3）建立基于ANSYS的流固耦合分析模型。
（4）对轴流泵在不同流量、扬程工况下的振动特性和叶轮应力进行仿真计算和分析。
（5）实际试验数据采集和分析。
四、研究时间和经费预算
1.研究时间：预计研究时间为2年。
2.经费预算：
序号|经费用途|经费（万元）
---|---|---
1|设备采购和维护|30
2|研究人员工资和津贴|60
3|试验和实测费用|30
4|其他日常费用|20
合计||140
五、研究团队和研究意义
1.研究团队
本研究团队由机械工程、流体力学、材料科学等专业的研究人员组成，负责完成各项研究任务，并对研究成果进行综合分析和评价。
2.研究意义
通过建立流固耦合数值模型，研究大型潜水轴流泵在不同工况下的结构和动力特性，探究叶片损伤和振动失稳的机理，为轴流泵的设计、制造和运行提供科学依据，为保障水利工程和农业灌溉的安全和稳定做出贡献。